(57)【要約】【課題】動力伝達シャフトのスプライン部を等速自在継手の内輪のスプライン部に嵌合させたときに、スプライン根元部に掛かる応力を緩和することができ、またスプラインの製造も比較的容易なスプライン連結構造の提供【解決手段】スプライン連結構造は、一方の部材外周面にスプライン１４を形成する際、スプライン１４を成形した後に、スプライン１４のスプライン根元部１４ａを除いた部分１４ｂの焼入れ深さが、スプライン根元部１４ａの焼入れ深さよりも深くなるように熱処理を施し、焼入れ前後において、スプライン根元部１４ａを除いた部分１４ｂのスプライン径の増大率を、スプライン根元部１４ａのスプライン径の増大率よりも大きくしたものである。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の部材外周面に形成したスプラインと、他方の部材内周面に形成したスプラインとを嵌合させて両部材を連結するスプライン連結構造であって、
前記一方の部材外周面にスプラインを形成する際、スプラインを成形した後に、スプラインのスプライン根元部を除いた部分の焼入れ深さが、スプライン根元部の焼入れ深さよりも深くなるように熱処理を施して、焼入れ前後において、スプライン根元部を除いた部分のスプライン径の増大率を、スプライン根元部のスプライン径の増大率よりも大きくしたことを特徴とするスプライン連結構造。
【請求項２】
端部にスプラインが形成された動力伝達シャフトであって、スプラインを成形した後に、スプラインのスプライン根元部を除いた部分の焼入れ深さが、スプライン根元部の焼入れ深さよりも深くなるように熱処理を施して、焼入れ前後において、スプライン根元部を除いた部分のスプライン径の増大率を、スプライン根元部のスプライン径の増大率よりも大きくした動力伝達シャフト。
【請求項３】
端部にスプラインが形成された等速自在継手の外輪ステムであって、スプラインを成形した後に、スプラインのスプライン根元部を除いた部分の焼入れ深さが、スプライン根元部の焼入れ深さよりも深くなるように熱処理を施して、焼入れ前後において、スプライン根元部を除いた部分のスプライン径の増大率を、スプライン根元部のスプライン径の増大率よりも大きくした等速自在継手の外輪ステム。
【請求項４】
中空シャフトに適用した請求項１に記載のスプライン連結構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスプライン連結構造に関するものであり、特に、動力伝達シャフト、等速自在継手の外輪ステムに適用される。
【背景技術】
【０００２】
自動車用ドライブシャフト１０等は、図１に示すように、動力伝達シャフト１１の両端部に等速自在継手１２、１３を連結している。動力伝達シャフト１１と等速自在継手１２、１３は、例えば、動力伝達シャフト１１の端部の外周面に設けたスプライン１４、１５と、等速自在継手１２、１３の内輪１６、１７の内周面に設けたスプライン１８、１９とを嵌合させて連結している。また、図示例の自動車用ドライブシャフト１０では、等速自在継手１２、１３の外輪ステム２０、２１にも、端部の外周面にスプライン２２、２３を形成して、他の部材に連結している。
【０００３】
スプラインの成形方法としては、転造加工やプレス加工などがある。転造加工は、一対のラックを使用し、このラックの間でシャフト素材を転がすことによりスプラインを成形する加工法である。プレス加工は、スプライン成形部を内周面に設けたダイスにシャフト端部を軸方向に圧入してスプラインを形成する加工法である。通常、高い捩り強度を得るために、動力伝達シャフトのスプラインは、成形後に高周波焼入れを行っている。
【０００４】
斯かる動力伝達シャフトにおいては、動力伝達シャフトと等速自在継手の内輪との間でトルクが伝達される際、捩りの支点となる動力伝達シャフトのスプライン根元部には応力が集中する。このため、動力伝達シャフトのスプライン根元部およびその部位と嵌合する内輪スプライン部の捩り強度が不足しやすい。
【０００５】
また、自動車の乗り心地を良くするために駆動系のガタを小さくすることが求められており、このガタを小さくするために、動力伝達シャフトのスプラインに捩れ角を付加して形成し、動力伝達シャフトのスプラインを等速自在継手の内輪に嵌合させることがある。この場合、トルクの方向によっては、動力伝達シャフトのスプライン根元部に応力が集中しやすくなる。このため、動力伝達シャフトのスプライン根元部およびその部位に嵌合する等速自在継手のスプライン部の強度が不足しやすくなる。
【０００６】
上記のような動力伝達シャフトのスプライン根元部およびその部位と嵌合する等速自在継手のスプラインの強度不足を解消する方法として、動力伝達シャフトのスプラインについての工夫がいくつか提案されている。例えば、実用新案第２５５１７０２号公報では、動力伝達シャフトのスプライン根元部に掛かる応力を低減させるために、動力伝達シャフトのスプラインの歯厚をシャフト端部からスプライン根元側に向けて徐々に小さくした形状が提案されている。また、実公平６−３３２２０号には、自動車に使用されている左右一組のドライブシャフトにおいて、シャフト両端部のスプラインに対し、別々に捩れ角の方向を設定する構造が提案されている。また、特開２００１−２８７１２２号公報、特開２００１−３２３９２０号公報、特開２００１−３４３０２３号公報には、それぞれ動力伝達シャフトのスプラインの歯厚に軸方向にクラウニングを付けた形状が提案されている。
【特許文献１】実用新案第２５５１７０２号公報
【特許文献２】実公平６−３３２２０号
【特許文献３】特開２００１−２８７１２２号公報
【特許文献４】特開２００１−３２３９２０号公報
【特許文献５】特開２００１−３４３０２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
動力伝達シャフトのスプライン根元部への応力集中を緩和する方法として、動力伝達シャフトのスプラインの歯厚をシャフト端部からスプラインの根元側に向けて徐々に小さくする形状や、動力伝達シャフトのスプラインの歯厚に軸方向にクラウニングを付けた形状は、全ての歯を上記形状に均等に成形することが極めて難しく、非常に高価な加工用歯具が必要となり、コスト増加の要因となる。
【０００８】
また、動力伝達シャフトの両側のスプラインに対し、別々に捩れ角の方向を設定する方法は、両側でスプラインの形状が異なるため、製品の種類が増える。また、両側のスプラインを別々に加工する必要があるため、生産性が悪くなる。さらに捩れ角の違いを目視で判別することが困難であるため、その管理工数も増大する。また、誤って動力伝達シャフトのスプライン根元部の応力が増大する組み合わせで動力伝達シャフトと等速自在継手の内輪を組み付けてしまう危険性もある。
【０００９】
また、プレス加工でスプラインを形成した場合、動力伝達シャフトのスプライン根元側が、それ以外の部分に比べてスプライン径が増大する傾向にある。この状態で動力伝達シャフトと等速自在継手の内輪を嵌合すると、嵌合力による応力が、動力伝達シャフトのスプライン根元部に集中しやすくなり、動力伝達シャフトのスプライン根元部およびその部位と嵌合する内輪スプライン部の強度が不足しやすくなる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るスプライン連結構造は、一方の部材外周面に形成したスプラインと、他方の部材内周面に形成したスプラインとを嵌合させて両部材を連結するスプライン連結構造であって、一方の部材外周面にスプラインを形成する際、スプラインを成形した後に、スプラインのスプライン根元部を除いた部分の焼入れ深さが、スプライン根元部の焼入れ深さよりも深くなるように熱処理を施して、焼入れ前後において、スプライン根元部を除いた部分のスプライン径の増大率を、スプライン根元部のスプライン径の増大率よりも大きくしたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
このスプライン連結構造によれば、動力伝達シャフトのスプライン部を等速自在継手の内輪のスプライン部に嵌合させたときに、スプライン根元部に掛かる応力を緩和することができる。また、スプラインの製造も比較的容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態に係るスプライン連結構造を図面に基づいて説明する。
【００１３】
この実施形態に係るスプライン連結構造３０は、図１に示すように、一方の部材１１の外周面に形成したスプライン１４、１５と、他方の部材１６、１７の内周面に形成したスプライン１８、１９とを嵌合させて両部材（１１、１６）、（１１、１７）を連結したものである。そして、図３に示すように、一方の部材１１の外周面にスプライン１４、１５を形成する際、スプライン１４、１５を成形した後に、スプライン１４、１５のスプライン根元部１４ａ、１５ａを除いた部分１４ｂ、１５ｂの焼入れ深さが、スプライン根元部１４ａ、１５ａの焼入れ深さよりも深くなるように熱処理を施し、焼入れ前後において、スプライン根元部１４ａ、１５ａを除いた部分１４ｂ、１５ｂのスプライン径の増大率を、スプライン根元部１４ａ、１５ａのスプライン径の増大率よりも大きくしたものである。
【００１４】
なお、図１に示す形態は、斯かるスプライン連結構造３０を動力伝達シャフト１１、および、等速自在継手１２、１３のステム２０、２１の連結構造に適用したものであり、外輪ステム２０、２１の外周面に形成したスプライン２２、２３とこれに嵌合する部材（例えば、ハブやサイドギア（図示省略））とのスプライン連結構造にも上記と同様のスプライン連結構造３０を適用している。
【００１５】
この動力伝達シャフト１１は、図２に示すように、端部にスプライン１４を形成している。スプライン１４は、スプライン１４を成形した後に、スプライン１４のスプライン根元部１４ａを除いた部分の焼入れ深さが、スプライン根元部１４ａの焼入れ深さよりも深くなるように熱処理を施して、焼入れ前後において、スプライン根元部１４ａを除いた部分１４ｂのスプライン径の増大率を、スプライン根元部１４ａのスプライン径の増大率よりも大きくしている。なお、図示は省略するが、反対側の端部のスプライン１５においても同様の熱処理を施している。
【００１６】
この実施形態では、スプライン１４、１５は、転造加工により形成している。この際、スプライン径が軸方向に略均一になるように成形するとよい。そして、熱処理において、図３に示すように、スプライン１４のスプライン根元部１４ａを除いた部分の焼入れ深さを、スプライン根元部１４ａの焼入れ深さよりも深くしている。なお、図３中の断面部分において、外径側のハッチングを変更した領域Ｂが、焼入れ処理が及んでいる部位を概念的に示している。そして、焼入れ深さが深いほど熱膨張が大きくなる性質により、図４に示すように、焼入れ前後において、スプライン１４、１５のスプライン根元部１４ａ、１５ａを除いた部分１４ｂ、１５ｂは、スプライン根元部１４ａ、１５ａに比べて相対的に太くなる。この実施形態では、図４に示すように、スプライン１４、１５をスプライン径がスプラインの軸方向全域において略同一になるように成形し、その後、焼入れ処理により、スプライン１４、１５のスプライン根元部１４ａ、１５ａを除いた部分１４ｂ、１５ｂのスプライン径をスプライン根元部１４ａ、１５ａよりも太くしている。
【００１７】
また、プレス加工によりスプライン１４、１５を成形した場合は、スプライン径は、図５に示すように、シャフト端面側からスプライン根元部１４ａ、１５ａ側に向けて増大する傾向がある。この場合において、図３に示すように、熱処理において、スプライン１４、１５のスプライン根元部１４ａ、１５ａを除いた部分１４ｂ、１５ｂの焼入れ深さを、スプライン根元部１４ａ、１５ａの焼入れ深さよりも深くすることにより、図５に示すように、スプライン根元部１４ａ、１５ａを除いた部分１４ｂ、１５ｂのスプライン径の増大率を、スプライン根元部１４ａ、１５ａのスプライン径の増大率よりも大きくする。これによりスプライン径は、シャフト端面１４ｃ、１５ｃ側からスプライン根元部１４ａ、１５ａ側に向けて増大していた傾向が緩和される。
【００１８】
焼入れは、例えば、図６に示すように、動力伝達シャフト１１を高周波加熱装置３１内に通し、高周波加熱装置３１に通電することにより行うとよく、焼入れの深さは、この際の、コイル内に停滞させる時間や高周波加熱装置３１の出力により調整するとよい。なお、焼入れの方法は上記に限定されない。このように、焼入れ作業において、スプライン根元部１４ａ、１５ａとスプライン根元部１４ａ、１５ａを除いた部分１４ｂ、１５ｂのスプライン径を調整しているので、特別な工具が必要ではなく、またスプラインの製造が容易である。
【００１９】
この動力伝達シャフト１１によれば、図１、図４、図５に示すように、熱処理により、スプライン根元部１４ａ、１５ａを除いた部分１４ｂ、１５ｂのスプライン径の増大率が、スプライン根元部１４ａ、１５ａのスプライン径の増大率よりも大きい。このため、動力伝達シャフト１１のスプライン１４、１５を等速自在継手１２、１３の内輪１６、１７のスプライン部１８、１９に嵌合させたときに、スプライン根元部１４ａ、１５ａを除いた部分１４ｂ、１５ｂがスプライン根元部１４ａ、１５ａよりも圧縮された状態で、等速自在継手１２、１３の内輪１６、１７に圧入されるため、図７に示すように、スプライン根元部１４ａ、１５ａに掛かる応力は緩和される。これにより動力伝達シャフトのスプライン根元部およびその部位と嵌合する内輪スプライン部に生じる強度不足を解消することができる。
【００２０】
以上、本発明の一実施形態に係る動力伝達シャフトを説明したが本発明に係る動力伝達シャフトは上記に限定されない。
【００２１】
動力伝達シャフトは、中実シャフトに限らず、図８に示すように、中空シャフトでもよい。また、スプライン根元部１４ａを除いた部分１４ｂの焼入れ深さを、スプライン根元部１４ａの焼入れ深さよりも深くして、スプライン根元部１４ａを除いた部分１４ｂのスプライン径の増大率が、スプライン根元部１４ａのスプライン径の増大率よりも大きくすればよい。従って、必ずしもスプライン根元部１４ａを除く部分１４ｂの全域において、スプライン根元部１４ａを除いた部分１４ｂのスプライン径の増大率が、スプライン根元部１４ａのスプライン径の増大率よりも大きくする必要はない。
【００２２】
このため、焼入れ作業は、スプライン根元部１４ａを除く部分１４ｂについては、その全域をスプライン根元部１４ａより深く焼く必要はない。例えば、シャフト端面１４ｃ側に、溝１４ｄを形成しているような場合は、シャフト端面側の焼入れを深くし過ぎると、溝１４ｄの部分に焼き割れが生じるなどの不具合が生じる恐れがある。このため、図８や図９に示すように、斯かる部位については、焼入れを浅くしたり、また焼入れを施さなかったりしてもよい。
【００２３】
また、本発明は、スプライン連結構造に広く適用でき、動力伝達シャフトのスプラインだけではなく、外輪ステムに形成するスプライン、その他、種々の部材のスプライン連結構造に採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】自動車用ドライブシャフトを示す部分断面図。
【図２】本発明の一実施形態に係る動力伝達シャフトを示す図。
【図３】本発明の一実施形態に係る動力伝達シャフトのスプラインを示す図。
【図４】本発明の一実施形態に係る動力伝達シャフトの熱処理の影響を示す図。
【図５】本発明の他の実施形態に係る動力伝達シャフトの熱処理の影響を示す図。
【図６】焼入れ工程の一例を示す図。
【図７】本発明の他の実施形態に係る動力伝達シャフトの熱処理の影響を示す図。
【図８】本発明の他の実施形態に係る動力伝達シャフトのスプラインを示す図。
【図９】本発明の他の実施形態に係る動力伝達シャフトのスプラインを示す図。
【符号の説明】
【００２５】
１０   自動車用ドライブシャフト
１１   動力伝達シャフト
１２、１３    等速自在継手
１４、１５    スプライン
１４ａ、１５ａ       スプライン根元部
１４ｂ、１５ｂ       スプラインのスプライン根元部を除いた部分
１６、１７    内輪
１８、１９    スプライン
２０、２１    外輪ステム
２２、２３    スプライン
３０   スプライン連結構造
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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